211service.com
Hvorfor DNA en dag vil erstatte harddisken
DNA kunne en dag gemme mere end blot planerne for livet – det kunne også rumme store samlinger af dokumenter, musik eller video i et umuligt kompakt format, der holder i tusinder af år.
Forskere ved European Bioinformatics Institute i Hinxton, U.K., har demonstreret en ny metode til pålidelig kodning af flere almindelige computerfilformater på denne måde. Da prisen på sekventering og syntetisering af DNA fortsætter med at falde, vurderer forskerne, at dette biologiske lagringsmedium vil være konkurrencedygtigt inden for de næste par årtier.
Informationslagringstætheden af DNA er mindst tusind gange større end eksisterende mediers, men indtil for nylig var omkostningerne ved DNA-syntese for høje til, at teknologien kunne være andet end en kuriosum. Konventionelle metoder til lagring af digital information i længere perioder giver dog fortsat problemer. De magnetbånd, der typisk bruges til arkivering, bliver skøre og mister deres belægning efter et par årtier. Og selvom det fysiske medie, der bruges til at gemme information, forbliver intakt, ændrer lagringsformaterne sig altid. Det betyder, at dataene skal overføres til et nyt format, ellers kan de blive ulæselige.
DNA derimod forbliver stabilt over tid - og det er et format, der sandsynligvis altid vil være nyttigt. Vi vil adskille lagringsmediet fra maskinen, der skal læse det, siger projektleder Nick Goldman . Vi vil altid have teknologier til at læse DNA. Goldman bemærker, at der er fundet intakte DNA-fragmenter, der er titusinder af år gamle, og at DNA er stabilt i endnu længere tid, hvis det er nedkølet eller frosset.
De britiske forskere kodede DNA med en MP3 af Martin Luther King Jr.s I Have a Dream-tale, en PDF-fil af et videnskabeligt papir, en ASCII-tekstfil med Shakespeares sonetter og et JPEG-farvefotografi. Lagringstætheden af DNA-filerne er omkring 2,2 petabyte pr. gram.
Andre har påvist lagring af DNA-data før. Denne sommer, for eksempel, forskere ledet af Harvard University genetikprofessor George Kirke brugt teknologien til at kode en bog (se En hel bog lagret i DNA).
Forskellen med det nye arbejde, siger Goldman, er, at forskerne fokuserede på et praktisk, fejltolerant design. For at lave DNA-filerne skabte forskerne software, der konverterede en s og 0 s af det digitale rige ind i det genetiske alfabet af DNA-baser, mærket A, T, G og C. Programmet sikrer, at der ikke er gentagne baser som AA eller GG, hvilket fører til højere fejlrater ved syntetisering og sekventering af DNA.
Filerne blev opdelt i segmenter, hver bogført med en indekskode, der indeholder information om, hvilken fil den tilhører, og hvor den hører hjemme i den fil - analogt med titlen og sidetallet på siderne i en bog.
Kodningssoftwaren sikrer også en vis redundans. Hver del af en fil er repræsenteret i fire forskellige fragmenter, så selvom flere nedbrydes, bør det stadig være muligt at rekonstruere dataene.
Arbejder med Agilente teknologier fra Santa Clara, Californien, syntetiserede forskerne fragmenterne af DNA og demonstrerede derefter, at de kunne sekventere dem og nøjagtigt rekonstruere filerne. Dette arbejde er beskrevet i dag i tidsskriftet Natur .
Goldmans gruppe anslår, at kodning af data i DNA i øjeblikket koster $12.400 per megabyte, plus $220 per megabyte for at læse disse data tilbage. Hvis prisen på DNA-syntese falder med to størrelsesordener, som det forventes at gøre i det næste årti, siger Goldman, vil DNA-datalagring snart koste mindre end at arkivere data på magnetbånd.
Victor Zhirnov, programdirektør for hukommelsesteknologier ved Semiconductor Research Corporation i Durham, North Carolina, siger, at fordi de nuværende omkostninger er så høje, vil datalagrings-DNA sandsynligvis finde sin tidligste anvendelse i langtidsarkiver, som ikke tilgås ofte. Når han ser fremad, siger han, kan han forestille sig en mere aggressiv teknologi til at erstatte flash, den ikke-flygtige hukommelsesteknologi, der findes i bærbar elektronik, som allerede er ved at nå sine skaleringsgrænser. Nøglen vil være at udvikle hele hardwaresystemer, der arbejder med DNA, ikke kun sequencere og synthesizere.
Harvard's Church siger, at han arbejder på netop dette problem. Vi kan blive ved med gradvist at forbedre vores evne til at læse og skrive DNA, men jeg vil springe helt ud af den boks, siger han. Church er i øjeblikket ved at udvikle et system til direkte indkodning af analoge signaler såsom video og lyd til DNA, hvilket helt eliminerer konventionel elektronik.